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  • 当火车进入隧道,耳朵感到不舒服以后

    坐在火车上,突然感到光线一暗,然后就是耳朵不舒服。原来是火车进隧道了。为什么火车进隧道会引起耳朵不舒服呢?

    刚看过《轨道上的那些事》一书[1],书中有一节专门解释“火车过隧道时耳朵为什么会不舒服”。那书上是这么说的。

    火车在急速行驶时会带动周围的空气一起高速运行。当空气高速运动的时候压强会变小,需要(的)空气会向着压强小的地方进行补充。(火车)经过隧道的时候,由于没有更外层空气进行补充,火车几乎是带动隧道里的所有空气高速运动。所以只能靠来自火车内部的空气进行补充,这样就导致火车内部气压很低。人身体内的压强是与正常的大气压差不多,这样身体内压强大于火车内压强,人的身体会向外膨胀,耳膜也有向外压的感觉。
    这么说来,耳朵不舒服是车厢内气压急速下降所造成的,听上去很有道理。然而,这书另起一段,接着又说:

    高速飞驰的列车驶入隧道,隧道内的空气受到挤压,气压便会增高,接着便压迫了耳朵里的鼓膜,使人感到耳朵发胀。
    这么说来,耳朵不舒服是车厢内气压急增高造成的,听上去也很有道理。

    且不说这书前后两段话没有一点承前启后的过度,只说这同一本书的同一页上,前后居然出现如此矛盾的陈述,真是让我感到吃惊和迷惑。火车进入隧道时,车厢里的气压到底是减小了,还是增高了啊?这个问题让我纠结不已,我决定继续研究,上网搜索一下。

    在某度上,这个问题早就被问过多次了,一些热心网友也早就给出了回答。你耳朵不舒服是吧?你得张开嘴、你得咽口水、你得嚼口香糖…….。这些网友的确经验丰富又热心,可他们的答案根本不能解释我的疑惑。我想知道的是原因,而不是解决办法,况且这些解决办法也未必好用。也有人提到与气压变化相关,但并没说清楚气压是增加了还是减少了。

    某乎对这个问题也有讨论[2],其内容则显得专业多了。有人从流体力学的角度谈伯努利定律,也有人说条件不成立反对使用伯努利定律,还有人从声学的角度谈海默霍兹低频共振。理论、图表、公式一大堆,有说车厢内气压增加的,有说减少的,我还是不能确定车厢里的气压到底是减小了,还是增高了。

    正感到失望的时候,一条评论让我眼前一亮:

    你这个答案有很大问题,我推荐你看几篇论文吧,《高速列车通过隧道时诱发车厢内压力波动的数值分析》。 高速列车隧道内速度起码Ma>0.2,不可用伯努力,不可忽略压缩性。车内压力是先增大后变小的规律,耳朵不适是由于压力瞬间增大而后瞬间变小导致的。
    这条评论说,车厢内压力不是简单减小或是增高,而是先增大后变小过程。如果这个说法成立,那就把车内压力减小和增高的矛盾给化解了。而且,这个评论不卖弄知识,还给出参考引用,这种风格我也十分欣赏。我决定找这篇文章来看。

    下载文章之后,我觉得这理解这篇文章所需的专业知识已经超出了我的能力。不过,我看到一幅图[3],我知道想要的答案了找到了。

    当火车进入隧道,耳朵感到不舒服以后
    这幅图直观地说明:1)车厢内的压力是有增有减的; 2)这个结论有人做实验验证过;3)论文建立的理论模型也验证了这一点,且与前人的实验结论相吻合。进一步质询的话,前人的实验条件与我现在乘坐火车的实际条件肯定有出入;这篇文章所推导的模型也不能一下子判断是否合理;然而,车厢里的压力既不是简单增加,也不是简单降低,而是有增有减这个结论,总算是有了依据。或许这篇文章还有漏洞,但解释到这个程度,已经让我觉得不用继续深究了。

    列车前行,继续进入隧道。我试着张开嘴巴、吞咽口水,耳朵不适的状态并没有太多改善,可我心里已经不再纠结了。

    参考文献
    [1] 轨道上的那些事 http://product.dangdang.com/23678807.html
    [2] 动车过隧道鼓膜有压迫感,为什么?  http://www.zhihu.com/question/23965953
    [2] 梅元贵. 高速列车通过隧道时诱发车厢内压力波动的数值分析. 铁道学报. 27(5):37--42, 2005

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